寒旱区湿陷性土地基渠道衬砌结构改造的数值模拟研究

作     者：杨庆胜 徐慧 顾宁 王海若 YANG Qing-sheng;XU Hui;GU Ning;WANG Hai-ruo

作者机构：宁夏水利工程建设中心宁夏银川750000 华北水利水电大学水利学院河南郑州450046 

出 版 物：《水电能源科学》 (Water Resources and Power)

年 卷 期：2024年第42卷第1期

页      面：193-197页

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 081503[工学-水工结构工程] 

基　　金：中原科技创新领军人才支持计划(204200510048) 宁夏水利科技攻关项目(QTXGQ-KY-2023-001,GKGX-KY-01) 

主　　题：衬砌渠道 冻胀破坏 砂浆垫层 有限元法 热力耦合 数值模拟 

摘      要：寒旱区输水渠道防渗衬砌结构极易发生冻胀破坏而影响灌区供水安全和稳定运行。为提高湿陷性黄土地基渠道的抗冻胀性能,以宁夏固海扬水灌区衬砌渠道为例,通过分析原型渠道冻胀破坏特征,基于提高防渗体抗冻胀变形能力的思路,提出了三种不同边坡系数、断面结构形式和边坡筑构材料的防渗结构优化方案,并应用ABAQUS软件,分别计算分析了不同方案的衬砌结构受热力耦合作用下的冻胀变形特征与受力状态。结果表明,在湿陷性黄土地区,弧底梯形渠道的抗冻胀性能普遍优于梯形断面渠道;在渠道防渗衬砌体基土之间加设一定厚度的水泥砂浆垫层,能有效减弱衬砌结构在冻胀作用下的应力集中现象;适当减小渠道边坡系数能有效减少渠道内的冻胀应力峰值;在三种衬砌改造结构中,其峰值应力减幅分别为70.49%、63.36%、27.68%,最大冻胀量降低率分别为7.70%、5.05%、-2.82%,选取边坡系数为1∶1.75的弧底梯形断面型式,并在混凝土防渗面板与基土间设置水泥砂浆垫层时,其抗冻胀效果最佳,可在同类地区推广应用。该研究结果为跨越湿陷性黄土地基的灌区渠道结构改造提供参考,也可为同类地区渠道的防冻胀设计提供依据。